JP2005047625A - Composite material for shielding microwave energy - Google Patents

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James P Rettker
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To raise the temperature of a food uniformly without directly losing microwave energy in microwave oven heating. <P>SOLUTION: A food package 10, which is for the storage and microwave heating of the food 12, has a top panel 16, side panels 18, and a bottom panel 20 forming a food reception cavity 14. An impedance matching member 22 is arranged on at least one panel for impedance matching for microwave energy entering the package. It is desirable that the impedance matching member 22 be a continuous film made of a thin flake material embedded in a dielectric binder, whose size and shape can be determined according to that of a food. The flake material has an aspect ratio of at least 1,000, and the impedance matching member 22 including such a flake material has an effective dielectric constant of at least 4,000. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は食品のマイクロ波調理に関する。更に詳細には、本発明は、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさずにマイクロ波エネルギを食品内により均等に分散させるように、電子レンジ内でマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させる手段を含むマイクロ波食品パッケージに関する。   The present invention relates to microwave cooking of food. More particularly, the present invention impedance matches microwave energy within a microwave oven so that the microwave energy is more evenly distributed within the food product without interacting with the microwave energy to generate heat. A microwave food package including means.

食事全体又は一部を調理するための電子レンジの流行は、食品が保存されている食品パッケージの中で食品を直接電子レンジで調理することのできる多数の食品パッケージの開発をもたらした。パッケージ又はその構成部分の中で食品を調理する便利さは多数の消費者の心をとらえた。しかしながら、ある食品をマイクロ波調理する場合、外側を焦がしたりひどく脱水させたりすることなく食品の中心部を加熱又は温められないことが不満の1つとなっている。特に、量が多い場合には、従来の食品パッケージを用いて電子レンジで均一に加熱するのは非常に困難である。外側部分が十分に調理された場合でも、望ましくないことに中心部は通常冷たい。   The popularity of microwave ovens for cooking all or part of a meal has led to the development of numerous food packages that can cook food directly in a microwave oven within the food package in which the food is stored. The convenience of cooking food in the package or its components has caught the attention of many consumers. However, when microwave cooking a certain food, one complaint is that the center of the food cannot be heated or warmed without scorching or severely dewatering the outside. In particular, when the amount is large, it is very difficult to uniformly heat in a microwave oven using a conventional food package. Even when the outer part is fully cooked, the center is undesirably cold.

食品をかりかりに焼くために食品表面で熱を生成することのできるマイクロ波相互作用フィルムが生産された。米国特許第4、641、005号( Seiferth へ発行、本出願の譲受人である Virginia の James River Corporationへ譲渡)は、食品の表面をこんがりと焼くことのできる食品パッケージに有用なマイクロ波相互作用材料を開示している。特に、相互作用材料には、剛性基板に接着されたポリマ材料へ塗布された非常に薄い金属フィルムが含まれる。このようなフィルムは実際にマイクロ波エネルギと相互作用を起こして食品表面に熱を生成する。このような相互作用材料により供給される熱は食品表面をこんがりと焼くのに有利であるが、食品の外側部分は相互作用材料のない場合よりさらに速く調理され、その結果内部が十分に加熱されないので、大きい誘電率を有する厚い食品を調理するためには不都合である。   Microwave interactive films have been produced that can generate heat on the food surface to bake food. US Pat. No. 4,641,005 (issued to Seiferth, assigned to James River Corporation, Virginia, the assignee of this application), is a microwave interaction useful for food packages that can be baked on the surface of food. Disclosed material. In particular, the interactive material includes a very thin metal film applied to a polymer material adhered to a rigid substrate. Such films actually interact with microwave energy to generate heat on the food surface. The heat supplied by such interactive materials is beneficial for the tough baking of the food surface, but the outer part of the food is cooked faster than without the interactive material, so that the interior is not heated sufficiently. Therefore, it is inconvenient for cooking thick foods having a large dielectric constant.

また、主として食品パッケージで使用するために、追加的なマイクロ波加熱装置が開発された。米国特許第4、876、423号(Tighe 等へ発行)は、局在化されたマイクロ波放射加熱を生ずるための媒体を開示している。ここでは、媒体は、基板上に塗布又は印刷することのできる高分子バインダと導体及び半導体粒子との混合物から形成される。しかしながらこの場合も、このような媒体は電磁マイクロ波エネルギと相互作用を起こして熱を生成することにより食品の表面をこんがりと又はかりかりに焼くように設計されているが、食品中心部の加熱を強化することは提供しない。   In addition, additional microwave heating devices have been developed primarily for use in food packaging. U.S. Pat. No. 4,876,423 (issued to Tighe et al.) Discloses a medium for producing localized microwave radiant heating. Here, the medium is formed from a mixture of a polymeric binder, conductor and semiconductor particles that can be applied or printed onto a substrate. However, in this case as well, such media are designed to bake the surface of the food crisply or in a scale by interacting with electromagnetic microwave energy and generating heat, but heating the food center. Do not offer to strengthen.

また、均一に加熱するため、あるいはマイクロ波エネルギの反射率、透過率又は吸収率を調整するために設計された多数のマイクロ波食品パッケージ又は容器も開発された。米国特許第4、266、108号( Anderson 等)は、温度自己制限装置を提供するのに十分な距離だけ離間されたマイクロ波反射部材とマイクロ波吸収部材の両方を含むマイクロ波加熱装置を開示している。しかしながら上述の特許において提供されたのと同じように、この装置には、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことにより食品を伝導加熱する加熱部材が含まれる。   A number of microwave food packages or containers have also been developed that are designed to uniformly heat or adjust the reflectivity, transmittance, or absorption of microwave energy. U.S. Pat. No. 4,266,108 (Anderson et al.) Discloses a microwave heating apparatus that includes both a microwave reflecting member and a microwave absorbing member spaced a sufficient distance to provide a temperature self-limiting device. is doing. However, as provided in the above-mentioned patents, the device includes a heating element that conducts and heats the food by interacting with microwave energy to generate heat.

更に、米国特許第4、927、991号(Wendt 等)は食品パッケージに関するものであり、グリッドと組み合わされた蓄熱器又は加熱素子を開示している。ここでは、蓄熱器表面は最大マイクロ波出力吸収のために整合されたインピーダンスへ同調される。特に、加熱素子の反射率、透過率及び吸収率は、グリッド孔サイズ、蓄熱器インピーダンス、グリッド形状、グリッドと蓄熱器の間隔、及び隣接孔の間隔を含む設計因子を変化させることにより調整することができる。このようなパッケージで調理するために意図された食品は上記のものと同様であり、特に、ピザ、フィッシュスティック又はフレンチフライ等のように表面をある程度こんがり又はかりかりに焼くことを必要とする食品である。更に、これらの食品の中心部を適度に加熱するという問題は、これらが全体として比較的薄い種類のものであるためこの装置では要求されない。   In addition, U.S. Pat. No. 4,927,991 (Wendt et al.) Relates to food packaging and discloses a regenerator or heating element in combination with a grid. Here, the regenerator surface is tuned to a matched impedance for maximum microwave power absorption. In particular, the reflectance, transmittance and absorption rate of the heating element should be adjusted by changing design factors including grid hole size, heat accumulator impedance, grid shape, grid-to-heat accumulator spacing, and adjacent hole spacing. Can do. The food intended to be cooked in such a package is similar to the one described above, in particular foods that require a somewhat crisp or crusted surface, such as pizza, fish sticks or French fries. is there. Furthermore, the problem of moderately heating the center of these foods is not required in this device because they are of a relatively thin type as a whole.

また、特別に設計されたカバー又は蓋を含む容器も開発された。これらはマイクロ波場のパターンを修正することができると共に、マイクロ波加熱中に誘電率が変化され、加熱が進行するにつれて容器内の発熱分布を変更することができる。米国特許第4、888、459号( Keefer へ発行)は、これらの特性を提供するために誘電性の構造を含むマイクロ波容器を開示している。特に、この特許は単一又は複数の金属プレート又はシートが上に配置された蓋を含む容器を開示する。マトリックス中の金属粒子の分散から電気的により濃密な領域が形成され、この電気的に高い部分の誘電率は、非制限領域については25乃至30の範囲であると開示されている。更に、少なくとも最初はこの領域がマイクロ波吸収性であり、従ってマイクロ波エネルギにさらされると加熱され得るという特性において、この領域は損失性(lossy )である。その上、電気的により濃密な領域は、マイクロ波加熱の進行中に実際に誘電率が減少される。残念ながら、この特許及び関連の米国特許第4、866、234号に開示された電気的により濃密な領域はマイクロ波エネルギと少なくとも部分的に相互作用を起こす。その結果、この領域は、マイクロ波調理中にポットパイ(深皿のパイ)又はフルーツパイ等の食品では所望されない熱を生成するであろう。更には、遮断機能がなければ、熱の生成は長い調理時間を必要とする食品については焦げたり燃えたりする危険も引き起こすであろう。   Containers with specially designed covers or lids have also been developed. They can modify the pattern of the microwave field, and the dielectric constant can be changed during microwave heating, and the heat distribution in the container can be changed as heating proceeds. U.S. Pat. No. 4,888,459 (issued to Keefer) discloses a microwave container that includes a dielectric structure to provide these properties. In particular, this patent discloses a container that includes a lid having a single or multiple metal plates or sheets disposed thereon. An electrically denser region is formed from the dispersion of metal particles in the matrix, and the dielectric constant of this electrically high portion is disclosed to be in the range of 25 to 30 for the unrestricted region. Furthermore, this region is lossy in that at least initially this region is microwave-absorbing and thus can be heated when exposed to microwave energy. Moreover, the electrically denser regions actually have a reduced dielectric constant during microwave heating. Unfortunately, the electrically denser regions disclosed in this patent and related US Pat. No. 4,866,234 at least partially interact with microwave energy. As a result, this area will generate undesired heat during food preparation such as pot pie (deep pie) or fruit pie during microwave cooking. Furthermore, without a shut-off function, the generation of heat will also pose a risk of scorching and burning for foods that require long cooking times.

また、米国特許第4、656、325( Keefer )には、アルミニウム箔皿等のマイクロ波反射性の食品収容皿と共に使用するためのカバー構成を含むマイクロ波加熱パッケージが開示されている。カバーは食品を収容している容器内へのマイクロ波放射を可能にするので光学上の非反射性コーティングにたとえられるが、食品表面及び容器底部から反射されるマイクロ波放射が漏れるのを実質的に防止し、これによりエネルギは容器内に捕獲又は濃縮される。この特許に開示されるカバーは、とりわけ、食品表面をこんがりと焼く及び/又はかりかりに焼くことを提供するために設計されている。   U.S. Pat. No. 4,656,325 (Keefer) discloses a microwave heating package including a cover arrangement for use with microwave reflective food containing dishes such as aluminum foil dishes. The cover allows microwave radiation into the container containing the food and is therefore compared to an optical non-reflective coating, but substantially prevents the microwave radiation reflected from the food surface and the bottom of the container from leaking. This prevents energy from being trapped or concentrated in the container. The cover disclosed in this patent is designed to provide, among other things, a baked and / or baked food surface.

また、マイクロ波透過性を変化させて食品を表面加熱するための食品ラップも開発されている。米国特許第4、972、058号(Benson等)は、多孔性の誘電性基板と、誘電性マトリックス及びマイクロ波感受性材料のフレーク(薄片)を含むコーティングと、から成り、マイクロ波エネルギの吸収により熱を発生するための複合材料を開示している。フレークのアスペクト比は少なくとも10である。しかしながら、この特許で開示される複合材料に使用されるフレーク材料は、縁がぎざぎざの金属フレークに限られる。   Food wraps have also been developed for surface heating of food by changing the microwave permeability. U.S. Pat. No. 4,972,058 (Benson et al.) Consists of a porous dielectric substrate and a coating comprising a dielectric matrix and flakes of microwave sensitive material, by absorption of microwave energy. A composite material for generating heat is disclosed. The aspect ratio of the flakes is at least 10. However, the flake material used in the composite material disclosed in this patent is limited to metal flakes with jagged edges.

従って、食品、特に誘電率の高い食品の温度を均一且つ一様に上昇させるための手段を有するマイクロ波パッケージが必要とされる。特に、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさず、素子のサイズ及び形状に依存する所定領域において食品温度を上昇させることのできる高誘電率のマイクロ波パッケージ素子が厚みのある食品のために必要とされる。
米国特許第4、641、005号公報 米国特許第4、876、423号公報 米国特許第4、266、108号公報 米国特許第4、927、991号公報 米国特許第4、888、459号公報 米国特許第4、866、234号公報 米国特許第4、656、325号公報 米国特許第4、972、058号公報
Accordingly, there is a need for a microwave package that has a means for uniformly and uniformly raising the temperature of food, particularly food with a high dielectric constant. In particular, a high dielectric constant microwave package element that does not interact with microwave energy to generate heat and can raise the food temperature in a predetermined region that depends on the size and shape of the element is a thick food. Is needed for.
U.S. Pat. No. 4,641,005 U.S. Pat. No. 4,876,423 U.S. Pat. No. 4,266,108 U.S. Pat. No. 4,927,991 U.S. Pat. No. 4,888,459 U.S. Pat. No. 4,866,234 U.S. Pat. No. 4,656,325 U.S. Pat. No. 4,972,058

従って、本発明の主要な目的は、上記のような先行技術の欠陥を克服し、特に、加熱のためにマイクロ波エネルギを直接損失することなく食品の温度を上昇させる食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージを提供することである。   Accordingly, the main object of the present invention is to overcome the deficiencies of the prior art as described above, in particular for food storage and microwave heating that raise the temperature of the food without directly losing microwave energy for heating. Is to provide a package.

本発明のもう1つの目的は、パッケージ内に保存された食品の温度を食品中心部を含めて均一に上昇させるためにパッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるための手段を含むパッケージを提供することである。インピーダンス整合手段は熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさない。   Another object of the present invention provides a package including means for impedance matching microwave energy entering the package to uniformly increase the temperature of the food stored in the package, including the food center. That is. The impedance matching means does not interact with the microwave energy to generate heat.

本発明の更にもう1つの目的は、パッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるためにパッケージの一部に設けられたインピーダンス整合手段を含む食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージを提供することである。インピーダンス整合手段は、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことなく食品の所定領域の温度を上昇させることのできる誘電性バインダに埋め込まれた薄いフレーク材料の連続膜を含む。   Yet another object of the present invention is to provide a food storage and microwave heating package that includes impedance matching means provided on a portion of the package to impedance match microwave energy entering the package. . The impedance matching means includes a continuous film of thin flake material embedded in a dielectric binder that can raise the temperature of a predetermined area of the food without interacting with microwave energy to generate heat.

上記の目的は、食品受容キャビティを形成するパッケージ本体を含むパッケージを提供することにより達成される。特に、パッケージ本体は底部パネル及び頂部パネルと底部及び頂部パネルを結合する側面パネルとを有する。インピーダンス整合素子は、パッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるために、少なくとも1つのパネル上に設けられる。インピーダンス整合素子は好ましくは食品に関して大きさ及び形状が決められる誘電性バインダに埋め込まれた薄いフレーク材料の連続膜であり、インピーダンス整合によって、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことなく膜のサイズ及び間隔に依存する所定領域内の食品の温度が上昇されるようにする。   The above objective is accomplished by providing a package that includes a package body that defines a food receiving cavity. In particular, the package body has a bottom panel and a top panel and side panels that join the bottom and top panels. An impedance matching element is provided on the at least one panel for impedance matching microwave energy entering the package. The impedance matching element is a continuous film of thin flake material, preferably embedded in a dielectric binder that is sized and shaped with respect to food, and impedance matching interacts with microwave energy to generate heat. Rather, the temperature of the food within a given area is increased depending on the size and spacing of the membrane.

その結果、ポットパイ等のように厚みのある食品の中心部は、その外側の部分を焦がしたり過熱したりすることなく完全に加熱される。   As a result, the central portion of a thick food such as a pot pie is completely heated without scorching or overheating the outer portion.

大型のポットパイ又はフルーツパイ等の厚みのある多くの食品は縁部が中央部よりも早く調理されるので、食品のマイクロ波調理はあらゆる調理ニーズのために消費者に商業的に容認されていない。本発明は、マイクロ波エネルギを食品の特定領域に効果的に結合させることにより通常はゆっくりと加熱されるこれらの領域の温度を上昇させるために、マイクロ波エネルギをインピーダンス整合させる調理手段及びその調理手段を含む食品パッケージを提供する。数学的な解析によって、本発明のインピーダンス整合手段はより高い誘電率を有する負荷においてより明白であり、インピーダンス整合の最適な間隔は誘電率と共に減少するがごく僅かであることが決定された。インピーダンス整合は、食品と入ってくるマイクロ波放射との間に離間されたフィルムを利用することにより達成される。インピーダンス整合フィルムの存在は食品へ直接伝達されるマイクロ波エネルギ量を増大させる。   Many thick foods such as large pot pie or fruit pie are cooked faster at the edges than in the middle, so microwave cooking of food is not commercially acceptable to consumers for any cooking needs . The present invention relates to a cooking means for impedance matching microwave energy and its cooking to increase the temperature of these areas, which are normally heated slowly, by effectively coupling the microwave energy to specific areas of the food. A food package including the means is provided. By mathematical analysis, it has been determined that the impedance matching means of the present invention is more evident in loads with higher dielectric constants, and the optimal spacing for impedance matching decreases with dielectric constant but is negligible. Impedance matching is achieved by utilizing a film spaced between the food and incoming microwave radiation. The presence of the impedance matching film increases the amount of microwave energy transferred directly to the food.

本発明をよりはっきりと理解するために、まず図1に注目する。特に図1は食品パッケージ10を示す。食品パッケージ10は、食品受容空間14内に、ポットパイとして示される食品12を含んでいる。フルーツパイ及びシチュー等の多数の追加的な食品も、本発明に従って製造されるパッケージによって効果的に加熱することができる。   For a clearer understanding of the present invention, attention is first directed to FIG. In particular, FIG. 1 shows a food package 10. The food package 10 includes a food 12 shown as a pot pie in a food receiving space 14. A number of additional foods such as fruit pie and stews can also be effectively heated by the packages made according to the present invention.

食品パッケージ10は、マイクロ波エネルギを実質的に透過させると共に種々のマイクロ波透過性材料から構成される食品受容空間14を形成する頂部パネル16、側面パネル18、及び底部パネル20を有する。好ましくは食品パッケージは紙又は板紙から製造されるが、マイクロ波適合プラスチック材料から製造されてもよい。インピーダンス整合部材22は食品12の上方で頂部パネル16上に配置されるのが好ましい。図1に示されるようにインピーダンス整合部材22を食品12上方に配置させることによって、パッケージ10に入るマイクロ波エネルギは部材22によりインピーダンス整合され、マイクロ波エネルギを食品12の中心部へ効果的に分散させる。ここで、部材22は熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさない。その結果、部材22は従来の意味でのヒータではなく、代わりに食品に作用する入射マイクロ波エネルギをインピーダンス整合させることにより食品内部の温度を効果的に上昇させるための新規な手段を提供する。   The food package 10 has a top panel 16, a side panel 18, and a bottom panel 20 that are substantially transparent to microwave energy and form a food receiving space 14 composed of various microwave permeable materials. Preferably the food package is made from paper or paperboard, but may be made from a microwave compatible plastic material. The impedance matching member 22 is preferably disposed on the top panel 16 above the food item 12. By placing the impedance matching member 22 above the food 12 as shown in FIG. 1, the microwave energy entering the package 10 is impedance matched by the member 22 and effectively disperses the microwave energy to the center of the food 12. Let Here, the member 22 does not interact with the microwave energy to generate heat. As a result, the member 22 is not a heater in the conventional sense, but instead provides a novel means for effectively raising the temperature inside the food by impedance matching the incident microwave energy acting on the food.

図2は、食品12の上方で頂部パネル16の内部表面に配置されたインピーダンス整合部材22を明確に示す。好ましくは、インピーダンス整合部材22は食品12の表面より1/8インチ乃至5/8インチ(約3.18mm乃至15.88mm)上方に配置される。インピーダンス整合部材22は、容器10へ直接印刷又はコーティングされてもよいし、あるいは予め別の基板へ塗布されてもよい。基板は、板紙、紙、ポリエステル薄膜、又はインピーダンス整合部材22を支持することのできる他の任意のマイクロ波透過性材料である。   FIG. 2 clearly shows the impedance matching member 22 disposed on the inner surface of the top panel 16 above the food product 12. Preferably, the impedance matching member 22 is located 1/8 inch to 5/8 inch (about 3.18 mm to 15.88 mm) above the surface of the food product 12. The impedance matching member 22 may be printed or coated directly on the container 10 or may be applied to another substrate in advance. The substrate is paperboard, paper, polyester film, or any other microwave transparent material that can support the impedance matching member 22.

食品パッケージ10は多数の追加的な構成で設計されることもでき、そのうちの幾つかは図3〜図9に示されている。特に、図3は、インピーダンス整合部材がパッケージ外側で頂部パネル16上に配置されたパッケージ10を示す。更に、インピーダンス整合部材22は異なる材料の間に配置されてもよい。例えば、図4及び図5は、基板24と、食品パッケージ10の頂部パネル16へインピーダンス整合部材を積層するために使用される接着層26と、の間に配置されたインピーダンス整合部材22を示している。基板24は、インピーダンス整合部材22が印刷又はコーティングされることのできる紙、板紙又は薄膜である。   The food package 10 can also be designed with a number of additional configurations, some of which are shown in FIGS. In particular, FIG. 3 shows the package 10 with an impedance matching member disposed on the top panel 16 outside the package. Furthermore, the impedance matching member 22 may be disposed between different materials. For example, FIGS. 4 and 5 show the impedance matching member 22 disposed between the substrate 24 and the adhesive layer 26 used to laminate the impedance matching member to the top panel 16 of the food package 10. Yes. The substrate 24 is paper, paperboard or a thin film on which the impedance matching member 22 can be printed or coated.

図6及び図7は、例えば従来の印刷プロセスにより表面へ塗布された樹脂又はインクの薄膜28にインピーダンス整合部材22が埋め込まれる又は包囲される追加的な実施例を示す。更に、インピーダンス整合部材22は、図8及び図9に示されるように接着層26により表面へ接着される紙、板紙、又はプラスチック等の材料30によって挟持されることができる。これらの実施例は、インピーダンス整合部材22を利用することができる多くのパッケージ構成のうちの幾つかにすぎない。   6 and 7 illustrate additional embodiments in which the impedance matching member 22 is embedded or surrounded by a thin film 28 of resin or ink applied to the surface, for example, by a conventional printing process. Furthermore, the impedance matching member 22 can be sandwiched by a material 30 such as paper, paperboard, or plastic that is adhered to the surface by an adhesive layer 26 as shown in FIGS. These embodiments are only a few of the many package configurations that can utilize the impedance matching member 22.

図10は更に別の可能なパッケージ構成10を示す。ここでは、インピーダンス整合部材22は、図1及び図2〜図9に示されるように別の容器上ではなく、食品トレイの蓋上に配置される。   FIG. 10 shows yet another possible package configuration 10. Here, the impedance matching member 22 is placed on the lid of the food tray rather than on a separate container as shown in FIGS. 1 and 2-9.

インピーダンス整合部材22は誘電性バインダ材料内に埋め込まれる又は保持される薄いフレーク(薄片)材料膜を含む。好ましくは、インピーダンス整合部材22は食品12よりも直径方向に小さいような形状とされる。誘電性バインダは、例えばシリコン又はアクリルバインダ等の市販されている種々のバインダ材料から選択される。   Impedance matching member 22 includes a thin flake material film embedded or retained within a dielectric binder material. Preferably, the impedance matching member 22 is shaped to be smaller than the food 12 in the diameter direction. The dielectric binder is selected from various commercially available binder materials such as silicon or acrylic binders.

特に、好ましい誘電性バインダは、損失正接が低く、誘電率が高く、且つ絶縁耐力が高い材料である(全て2.45GHzで評価される)。ダウコーニング(Dow Corning )1−2577等の低損失シリコンバインダや、ジョンソンワックス(Johnson Wax )からのスチレン/アクリルのジョンクリル(Joncryl )611等のアクリルバインダは、マイクロ波エネルギの存在下有害な熱を生成することなく所望のインピーダンス整合応答を有するコーティングを提供するために利用される。これに反して、ニトロセルロースのように損失正接が高い樹脂がバインダ材料として使用されると、得られるインピーダンス整合コーティングはマイクロ波エネルギへさらされた場合に過度に加熱され、その結果、コーティング基板が焦げたり溶融する等の種々の望ましくない副作用が起こる。   In particular, preferred dielectric binders are materials with low loss tangent, high dielectric constant, and high dielectric strength (all evaluated at 2.45 GHz). Low loss silicon binders such as Dow Corning 1-2577 and acrylic binders such as styrene / acrylic Joncryl 611 from Johnson Wax are harmful heat in the presence of microwave energy. Is utilized to provide a coating having a desired impedance matching response without producing a. On the other hand, when a high loss tangent resin, such as nitrocellulose, is used as the binder material, the resulting impedance matching coating is overheated when exposed to microwave energy, resulting in a coating substrate Various undesirable side effects occur, such as scorching and melting.

本発明の薄いフレーク材料は、有利な結果を達成するために不可欠である。フレークは一般に平坦且つ平面状であり、金属材料から製造される。フレークはバインダ材料内に実質的に平らに置かれるのを可能にする長さを有することが重要である。同時に、フレークはグラビア印刷等の従来の印刷プロセスにより基板上に印刷されるのを可能にする長さでなければならない。一般的に、所望されるフレークは、平均最長寸法が約8〜75マイクロメートル(μm)の範囲内であり、より小さい寸法、即ち幅が5〜35μmの範囲内のアルミニウム金属である。好ましくは、最長寸法は10〜30μmの範囲内である。アルミニウム金属が好ましいが、他の金属材料も同様に本発明へ適用することができる。   The thin flake material of the present invention is essential for achieving advantageous results. The flakes are generally flat and planar and are made from a metallic material. It is important that the flakes have a length that allows them to lie substantially flat within the binder material. At the same time, the flakes must be of a length that allows them to be printed on the substrate by conventional printing processes such as gravure printing. In general, the desired flakes are aluminum metals with an average longest dimension in the range of about 8-75 micrometers (μm) and a smaller dimension, ie, a width in the range of 5-35 μm. Preferably, the longest dimension is in the range of 10-30 μm. Aluminum metal is preferred, but other metal materials can be applied to the present invention as well.

図11及び図12を参照すると、本発明の好ましいフレークが拡大されて示されている。図面からわかるように、フレーク自体は実質的に滑らかな周囲を有し、わずかな数の破片となったフレークがバインダ内に存在するように見える。フレークの外見上の滑らかさは拡大の度合いによるであろう。しかしながら、フレーク周囲が滑らかであるとみなすことは、ぎざぎざの周囲を有するフレークとの比較によって定義されることができる。特に、フレーク周囲の滑らかさは、ぎざぎざなフレークが多数の交差する直線を含んで180°より小さい角を形成する程度までぎざぎざにされたフレークと対比されることができる。フレークの滑らかな周囲は、ぎざぎざな周囲よりも小さいパラメータの全長を提供する。図13〜図15及び図16〜図18は先行技術の金属フレークを示している。図13〜図15及び図16〜図18に示されるフレークと図11及び図12に示されるフレークとを比較することにより、図11及び図12に示されるフレークがより小さいパラメータ長さを有するのは明らかである。   Referring to FIGS. 11 and 12, the preferred flakes of the present invention are shown enlarged. As can be seen from the drawings, the flakes themselves have a substantially smooth perimeter, and it appears that there are only a few pieces of flakes present in the binder. The apparent smoothness of the flakes will depend on the degree of expansion. However, considering the flake perimeter to be smooth can be defined by comparison with flakes having a jagged perimeter. In particular, the smoothness around the flakes can be contrasted with the flakes that are jagged to the extent that the jagged flakes include a large number of intersecting straight lines to form an angle less than 180 °. The smooth perimeter of the flake provides a smaller overall parameter length than the jagged perimeter. Figures 13-15 and 16-18 show prior art metal flakes. By comparing the flakes shown in FIGS. 13-15 and 16-18 with the flakes shown in FIGS. 11 and 12, the flakes shown in FIGS. 11 and 12 have a smaller parameter length. Is clear.

本発明の有利な特徴を得るには、長さに加えてフレーク材料の厚さも重要である。フレークはフレーク寸法の完全性を保持するために十分な厚さを有すると共に、バインダ材料内の分散に耐えるように十分な機械的強度を有しなければならない。また一方では、フレーク材料は、隣接するフレーク間に緊密なパッキングを提供できなくなる程厚くてはならない。好ましくは、フレークは100〜500Åの範囲内の厚さを有する。更に好ましくは、フレークは約100〜200Åの範囲内の厚さを有する。フレーク材料がアルミニウム金属から成る場合、好ましいアルミニウムフレークは蒸着によりアルミニウム金属から製造され、厚さは1〜4の範囲内の光学密度を提供する。   In addition to the length, the thickness of the flake material is important in order to obtain the advantageous features of the present invention. The flakes must have sufficient thickness to maintain flake dimensional integrity and sufficient mechanical strength to withstand dispersion in the binder material. On the other hand, the flake material must not be so thick that it cannot provide a tight packing between adjacent flakes. Preferably, the flakes have a thickness in the range of 100 to 500 mm. More preferably, the flakes have a thickness in the range of about 100 to 200 mm. When the flake material consists of aluminum metal, the preferred aluminum flakes are made from aluminum metal by vapor deposition and the thickness provides an optical density in the range of 1-4.

またフレーク材料は、少なくとも1000のアスペクト比を有するのが好ましい。このようなアスペクト比は、少なくとも4000の有効誘電率を有するインピーダンス整合部材22を提供する。このような高い誘電率では、薄いインピーダンス整合部材22は電子レンジ内に存在するマイクロ波エネルギのインピーダンスを整合させることができ、その間、インピーダンス整合部材22下方でパッケージ内に保持された食品内部へマイクロ波エネルギをより効果的に方向付けることができる。   The flake material also preferably has an aspect ratio of at least 1000. Such an aspect ratio provides an impedance matching member 22 having an effective dielectric constant of at least 4000. With such a high dielectric constant, the thin impedance matching member 22 can match the impedance of the microwave energy present in the microwave oven, while the micro-intensity is placed under the impedance matching member 22 into the food held in the package. Wave energy can be directed more effectively.

これらのフレークが誘電性バインダ中に懸濁されて印刷される場合、フレークは多くの位置でほとんど接触している平坦な導電性島から成る群島を形成し、インピーダンス整合部材22を形成する。これにより、フレーク間の領域に電界が集中され、蓄積される電気エネルギ量が著しく増大される。こうして形成されるインピーダンス整合部材22は、全ての意図及び目的のために、非常に高い誘電率を有する非導電性フィルムである。   When these flakes are suspended and printed in a dielectric binder, the flakes form an archipelago of flat conductive islands that are in close contact at many locations and form an impedance matching member 22. This concentrates the electric field in the region between the flakes and significantly increases the amount of stored electrical energy. The impedance matching member 22 thus formed is a non-conductive film having a very high dielectric constant for all purposes and purposes.

インピーダンス整合のためのフィルム能力の量的な表現は、単一の無次元フィルムパラメータxで表される。このような表現は以下に実証される有利な結果を理解する上で役立つであろう。特に、抵抗性及び容量性フィルムについて、xは次のように定義される。   A quantitative representation of film capability for impedance matching is represented by a single dimensionless film parameter x. Such an expression will help in understanding the advantageous results demonstrated below. In particular, for resistive and capacitive films, x is defined as:

x=σdZ0/2 (抵抗性フィルム) (1)
x=πifεrε00d (容量性フィルム) (2)
x = σdZ 0/2 (resistive film) (1)
x = πifε r ε 0 Z 0 d ( capacitive film) (2)

これらの式において、Z0はフィルム平面へ投射される放射の自由空間インピーダンス、σは抵抗性フィルムのバルク導電率、dはフィルム厚、iはマイナス1の平方根(虚数)、fは周波数、ε0は自由空間の誘電率(一般的に、8.85×10-12ファラッド/メートルに等しい)、εrは容量性フィルムの複素数の比誘電率である。 In these equations, Z 0 is the free space impedance of the radiation projected onto the film plane, σ is the bulk conductivity of the resistive film, d is the film thickness, i is the square root (imaginary number) of minus 1, f is the frequency, ε 0 is the free space dielectric constant (generally equal to 8.85 × 10 −12 farads / meter), and ε r is the complex dielectric constant of the capacitive film.

本発明のインピーダンス整合部材の数学的表現へもう一度戻って、無限の大きさのフィルムが自由空間に置かれる場合、反射係数R及び透過係数Tは、抵抗性及び容量性フィルムについて以下の式で示される。   Returning again to the mathematical representation of the impedance matching member of the present invention, when an infinitely sized film is placed in free space, the reflection coefficient R and transmission coefficient T are given by the following equations for resistive and capacitive films: It is.

R=−x/(1+x) (3)
T=1/(1+x) (4)
R = −x / (1 + x) (3)
T = 1 / (1 + x) (4)

抵抗性フィルムでは、xは実数、Tは入ってくる放射と同位相、Rは180°位相が異なり、R及びTの絶対値は合計して1になる。容量性フィルムではxは複素数なので、R及びTの位相はxの大きさ及びεの位相次第である。複素数として合計される場合、Tはなお1+Rに等しいが、T及びRの絶対値の合計は1より大きくなる。完全な誘電体ではエネルギは損失されないので、抵抗性フィルムと同一の反射振幅を有する容量性フィルムは、より多くの放射を透過する。以下の議論において、容量性フィルムのx値が複素数であることは理解されるにちがいない。 In a resistive film, x is a real number, T is in phase with incoming radiation, R is 180 ° out of phase, and the absolute values of R and T are 1 in total. Since the capacitive film x is a complex number, the R and T phases is the phase depends of the size and epsilon r of x. When summed as a complex number, T is still equal to 1 + R, but the sum of the absolute values of T and R is greater than one. Since no energy is lost in a perfect dielectric, a capacitive film with the same reflection amplitude as the resistive film will transmit more radiation. In the following discussion, it should be understood that the x value of the capacitive film is a complex number.

抵抗性フィルムで損失される入射パワーの部分は式(5)で示され、容量性フィルムでは損失されるパワーは式(6)で示される。   The portion of the incident power that is lost in the resistive film is expressed by equation (5), and the power that is lost in the capacitive film is expressed by equation (6).

r =2x/(1+x)2 (5)
c =2|x| sinδ/(1+|x|2 +2|x| sinδ) (6)
A r = 2x / (1 + x) 2 (5)
A c = 2 | x | sin δ / (1+ | x | 2 +2 | x | sin δ) (6)

上記の式において、δは誘電体の損失角である。抵抗性フィルムはx=1においてピーク吸収0.5を有し、容量性フィルムは|x|=1においてピーク吸収 sinδ/(1+ sinδ)を有することに注意すべきである。完全な誘電体( sinδ=0)は任意の大きさのxに対して吸収を有しない。また、これらの式は薄いフィルムに対してのみ適用可能であり、これはフィルムの厚さがフィルム内の放射の波長よりも遙に小さくなければならないことを意味することにも注意すべきである。   In the above formula, δ is the loss angle of the dielectric. It should be noted that the resistive film has a peak absorption of 0.5 at x = 1 and the capacitive film has a peak absorption of sinδ / (1 + sinδ) at | x | = 1. A perfect dielectric (sinδ = 0) has no absorption for any size of x. It should also be noted that these equations are only applicable to thin films, which means that the film thickness must be much smaller than the wavelength of radiation in the film. .

薄いフィルムの放射におけるパワー分散は、簡単な電気ネットワークを用いて計算される。入射される放射は自由空間の出力インピーダンス(Z0)を有するソースとして表現され、フィルムはZ0/2xの値を有する接地された抵抗器又はコンデンサであり、フィルムの後ろの空間は接地された別のZ0抵抗器である。後ろにある自由空間が食品等の誘電体で置き換えられる場合、2番目のZ0は誘電体のインピーダンス(Zd)で置き換えられなければならない。垂直に入る放射ではZd対Z0の比率は1/εr 1/2 なので、簡単な回路表現により、容量性フィルムコーティングを有する誘電体への透過係数は次式で与えられる。 The power distribution in thin film radiation is calculated using a simple electrical network. The incident radiation is expressed as a source with a free space output impedance (Z 0 ), the film is a grounded resistor or capacitor having a value of Z 0 / 2x, and the space behind the film is grounded Another Z 0 resistor. If the free space behind is replaced with a dielectric such as food, the second Z 0 must be replaced with the dielectric impedance (Z d ). For vertically entering radiation, the ratio of Z d to Z 0 is 1 / ε r 1/2, so by a simple circuit representation, the transmission coefficient for a dielectric with a capacitive film coating is given by:

T=2/(1+2x+εr 1/2 ) (7) T = 2 / (1 + 2x + ε r 1/2 ) (7)

抵抗性フィルムでは,xは実数なので、Tはxと共に単調減少する。誘電体が損失性(lossy )の場合、εrは負の虚数成分を有する。従って、容量性フィルム(xが虚数)では|x|が最初に増大するとき、x項はεrの虚数部分を相殺し始め、Tは実際には増大する。結局は、xはεrに優位を占め、Tは降下するが、しばらくの間容量性フィルムは損失性の食品のインピーダンス整合を改良し、その結果食品へのエネルギ入力を増大させる。Tが一度既知になると、誘電性食品の負荷内へ透過されるエネルギの部分はεr 1/2TT*の実数部分として計算されることができる。ここで、T*はTの共役複素数である。 In resistive films, x is a real number, so T decreases monotonically with x. If the dielectric is lossy, ε r has a negative imaginary component. Thus, for capacitive films (where x is an imaginary number), when | x | is first increased, the x term begins to cancel the imaginary part of ε r and T actually increases. Eventually, x dominates ε r and T falls, but for some time the capacitive film improves the impedance matching of the lossy food and consequently increases the energy input to the food. Once T is known, the fraction of energy transmitted into the load of the dielectric food can be calculated as the real part of ε r 1/2 TT * . Here, T * is a conjugate complex number of T.

本発明のインピーダンス整合フィルムが距離Lだけ隔てられている場合、食品によるマイクロ波エネルギの吸収は大幅に増大される。誘電体のインピーダンスを距離Lだけ自由空間を通ってフィルムへ伝達するために透過ラインインピーダンスの式を用いて、以下に与えられるように、ZdはLの関数としてのZdで置き換えることができる。 When the impedance matching films of the present invention are separated by a distance L, the absorption of microwave energy by food is greatly increased. Using the transmission line impedance equation to transfer the impedance of the dielectric through the free space to the film by a distance L, Z d can be replaced with Z d as a function of L, as given below. .

上記の式(8)において、k0は2πf(ε0μ01/2 に等しい自由空間での波数であり、μ0は4π×10-7ヘンリ/メートルに等しい。1/ε1/2 についての式(7)に式(8)からのZd/Z0を置き換えることにより、半波長の整数倍のフィルム−誘電体間隔において、容量性フィルムはかなり十分に遮蔽できることがわかった。間隔が約1cm(+半波長の整数倍)及びxが約1.0i(あるいは、2.45GHzでの垂直放射についての誘電率と厚さの積が約0.04メートル)の場合、ほとんど完全な吸収が無限の負荷で実現される。 In the above equation (8), k 0 is the wave number in free space equal to 2πf (ε 0 μ 0 ) 1/2 , and μ 0 is equal to 4π × 10 −7 henry / meter. By replacing Z d / Z 0 from Eq. (8) with Eq. (7) for 1 / ε 1/2 , the capacitive film is fairly well shielded at a film-dielectric spacing of an integral multiple of half wavelengths. I knew it was possible. Almost complete when spacing is about 1 cm (+ integer multiple of half wavelength) and x is about 1.0i (or the product of dielectric constant and thickness for vertical radiation at 2.45 GHz is about 0.04 meters) Absorption is achieved with an infinite load.

上記に説明された回路モデルを用いると、フィルム及び負荷(例えば水)の有効負荷は、フィルムとフィルムへ伝達される負荷との並列な組み合わせである。従って、有効負荷の逆数はフィルムインピーダンス及び伝達された負荷のインピーダンスの逆数の和である。式(8)がLの関数としてインピーダンス(Z)を伝達するために使用される場合、Z0へ正規化されるインピーダンス(及びその逆数)は実数軸を|Z|/Z0及びZ0/|Z|で切断する複素インピーダンス平面に円を描く。 Using the circuit model described above, the effective load of the film and load (eg water) is a parallel combination of film and load transmitted to the film. Accordingly, the reciprocal of the effective load is the sum of the film impedance and the reciprocal of the transmitted load impedance. When equation (8) is used to transmit impedance (Z) as a function of L, the impedance normalized to Z 0 (and its reciprocal) is the real axis | Z | / Z 0 and Z 0 / Draw a circle on the complex impedance plane cut at | Z |.

曲線に沿ったある場所、即ちある間隔Lにおいて、正規化されたインピーダンスの逆数は1.0にある正の虚数Niを加えたものである。xがi/Nであるところでフィルムが選択されると、xの逆数は−Niであり、全インピーダンスはZ0であり、エネルギが反射されない完全なインピーダンス整合である。本発明の容量性フィルムは吸収しないので、全てのエネルギは最後には負荷中の熱となる。この理由で、ポットパイやフルーツパイ等の高誘電性の食品の内部を加熱するために非常に有効である。 At some point along the curve, ie at a certain distance L, the reciprocal of the normalized impedance is the addition of the positive imaginary number Ni at 1.0. When a film is selected where x is i / N, the reciprocal of x is -Ni, the total impedance is Z 0 , a perfect impedance match where no energy is reflected. Since the capacitive film of the present invention does not absorb, all energy eventually becomes heat during loading. For this reason, it is very effective for heating the inside of highly dielectric foods such as pot pie and fruit pie.

適切な間隔における全吸収のためのxの値は、食品の誘電率の関数として以下に表現される。   The value of x for total absorption at the appropriate interval is expressed below as a function of the dielectric constant of the food.

その結果、高誘電率を有する食品については、インピーダンス整合のために最良のフィルム容量は|εr|−1の4乗根に多少依存する。従って、容量はεrに対して極端に敏感ではなく、単一のフィルムは広範囲の食品負荷に対して効果的に作用する。 As a result, for foods with high dielectric constants, the best film capacity for impedance matching depends somewhat on the fourth root of | ε r | −1. Thus, the volume is not extremely sensitive to ε r and a single film works effectively over a wide range of food loads.

例1
上記のモデルは、接地された円形導波管を水の負荷のための容器として用いて電子レンジ内で実験的にテストされた。導波管は直径8.5cmであり、水位は3.5cmであった。本発明に従って製造された容量性フィルム(x=1.4i及びx=0.8i)は板紙へ積層され、8.5cmより少し小さい直径を有する円形に切断された。円形の容量性フィルムは水より上の種々のレベルで導波管内に配置され、650ワットの電子レンジ内で2分後の温度上昇が記録された。この温度上昇は同じ位置に裸板を配置した場合の温度上昇と比較された。結果は以下の表1及び表2に示される。
Example 1
The above model was experimentally tested in a microwave oven using a grounded circular waveguide as a container for water loading. The waveguide was 8.5 cm in diameter and the water level was 3.5 cm. Capacitive films made according to the present invention (x = 1.4i and x = 0.8i) were laminated to paperboard and cut into circles with a diameter slightly less than 8.5 cm. Circular capacitive films were placed in the waveguide at various levels above the water, and the temperature increase after 2 minutes was recorded in a 650 watt microwave oven. This temperature increase was compared with the temperature increase when a bare plate was placed at the same position. The results are shown in Table 1 and Table 2 below.

裸板温度変化は間隔と共に僅かに減少することがわかる。しかしながら、本発明の容量性フィルムを裸板、即ち容量性フィルムのないむき出しの板と比較する場合、各例において、より短い間隔では水の熱吸収が2倍以上増大される。中間の間隔では、予期されたとおり、容量性フィルムの明らかな効果は見られなかった。   It can be seen that the bare plate temperature change decreases slightly with the interval. However, when comparing the capacitive film of the present invention to a bare plate, ie, a bare plate without a capacitive film, in each example, the heat absorption of water is increased by more than twice at shorter intervals. At intermediate intervals, as expected, no apparent effect of the capacitive film was seen.

エイブリデニスン社(Avery Dennison Corporation)は、実際的な厚さのフィルムにおいて本発明のために必要とされるx値を提供する少なくとも1000のアスペクト比を有するアルミニウムフレークを生産している。特に、本発明のために有用な好ましいアルミニウムフレークはエイブリデニスン社の装飾フィルム部(Decorative Films Division )により生産され、METALURETML−57083、L−55350、L−56903、L−57097、L−57103及びL−57102という製品名を有する。 Avery Dennison Corporation produces aluminum flakes having an aspect ratio of at least 1000 that provides the x value required for the present invention in practical thickness films. In particular, preferred aluminum flakes useful for the present invention are produced by the Decorative Films Division of Avery Dennison Corporation, METALURE L-57083, L-55350, L-56903, L-57097, L-57103 and It has the product name L-57102.

これらの特定のフレークは、滑らかな支持体に塗布された薄い可溶性ポリマコーティング上に金属層を真空蒸着することにより生産される。好ましくは、支持体としてはMYLARTM(デュポン社の製品)等の二軸延伸ポリエステル型フィルムが使用される。支持体上に形成される金属層は可溶性コーティングを溶解することにより剥離される。アルミニウム金属の好ましい蒸着厚は、剥離前に1〜4の光学密度を与える。これにより、所望の形状及び寸法を有するフレークが提供される。蒸着された金属フィルムが薄すぎる場合、フレークは、剥離時に巻き上がるのを防止するのに十分な強度を有しないであろう。一方、蒸着された金属フィルムが厚すぎる場合、フィルムの表面はフレークに粗い表面を与えやすい。剥離に続いて、金属層は、フレークの破砕を実質的に防止しながら所望のフレーク粒子サイズを提供するために機械的に混合される。 These particular flakes are produced by vacuum depositing a metal layer on a thin soluble polymer coating applied to a smooth support. Preferably, a biaxially stretched polyester type film such as MYLAR (product of DuPont) is used as the support. The metal layer formed on the support is peeled off by dissolving the soluble coating. The preferred deposition thickness of aluminum metal gives an optical density of 1-4 before stripping. This provides flakes having the desired shape and dimensions. If the deposited metal film is too thin, the flakes will not have sufficient strength to prevent rolling up during peeling. On the other hand, if the deposited metal film is too thick, the surface of the film tends to give flakes a rough surface. Following stripping, the metal layer is mechanically mixed to provide the desired flake particle size while substantially preventing flake breakage.

フレークは、一般的に、大きい方の寸法即ち長さの平均が8〜75μmであり、大きい方の寸法が5μmより小さい細かいフレークをごく少量だけ有する。好ましくは、フレークの幅は5〜35μmの範囲内に入る。細かい粒子はフレークの表面を離して保持するのに役立つ。ダップル画像解析装置(Dapple Image Analyzer )により測定されるように、以下は上記フレークの平均長さ及び幅寸法である。   The flakes typically have a larger dimension or length average of 8 to 75 μm, with a very small amount of fine flakes with the larger dimension being less than 5 μm. Preferably, the flake width falls within the range of 5 to 35 μm. The fine particles help to keep the flake surface away. The following are the average length and width dimensions of the flakes as measured by a Dapple Image Analyzer.

L−57103及びL−57102フレークはマイクロ波応答性であるが、これらのフレークはコーティングするのが困難であり、従って、インピーダンス整合のために最も好ましいフレーク材料ではない。しかしながらこれらのフレークは、以下により詳細に議論されるマイクロ波遮蔽を提供するために好ましいフレーク材料である。   Although L-57103 and L-57102 flakes are microwave responsive, these flakes are difficult to coat and are therefore not the most preferred flake materials for impedance matching. However, these flakes are preferred flake materials to provide microwave shielding, discussed in more detail below.

好ましいエイブリ型フレーク材料と市販のフレーク材料との違いは、顕微鏡で見ると容易に明らかになる。他の市販されている金属フレーク材料は、食品に入るマイクロ波エネルギを薄いフィルム内で適切にインピーダンス整合させて中心部を均一に加熱するのに必要な高い誘電率を提供するのに十分なアスペクト比及び平坦さを有しない。この違いを示すために、市販のフレーク材料は拡大されて、好ましいエイブリ型フレーク材料と視覚的に比較され、その間の明確な差異が示された。   The difference between the preferred Avery type flake material and the commercially available flake material is readily apparent when viewed under a microscope. Other commercially available metal flake materials have a sufficient aspect to provide the high dielectric constant required to properly impedance match the microwave energy entering the food in a thin film to uniformly heat the center. Has no ratio and flatness. To show this difference, the commercial flake material was expanded and visually compared to the preferred Avery flake material, showing a clear difference therebetween.

図13〜図15はオブロン社(Obron Corp. )により生産されるSTAPA−C VIII 型アルミニウムフレークを示し、図16〜図18はアルキャン(Alcan )により生産されるALCAN5225型アルミニウムフレーク材料を示す。いずれも×3000及び×8000で取られたこれらの写真から明らかなように、これらの材料は図11及び図12に示されるエイブリ型フレークよりも表面積が小さい。この結果、アスペクト比は、ALCAN5225フレークではたった75〜80、STAPA−C VIII フレークでは約200である。エイブリ型フレークは大きい表面積を有し、また、より高いアスペクト比、そして結局は、バインダに浸漬された場合に他のアルミニウムフレーク材料より高い誘電率をエイブリフレークに提供するために非常に薄い。更には、エイブリフレークは、従来のフレーク材料により示される粗い縁部よりもかなり丸まった滑らかなパラメータ縁部を有すると共に、より少ないフレーク破片を含む。   FIGS. 13-15 show STAPA-C VIII type aluminum flakes produced by Obron Corp. and FIGS. 16-18 show ALCAN 5225 type aluminum flake materials produced by Alcan. As is apparent from these photographs taken at x3000 and x8000, these materials have a smaller surface area than the Avery flakes shown in FIGS. This results in an aspect ratio of only 75-80 for ALCAN 5225 flakes and about 200 for STAPA-C VIII flakes. Avery flakes have a large surface area and are also very thin to provide Avery flakes with a higher aspect ratio and eventually a higher dielectric constant than other aluminum flake materials when immersed in a binder. Furthermore, Avery flakes have smooth parameter edges that are considerably rounder than the rough edges exhibited by conventional flake materials and contain fewer flake debris.

エイブリにより生産されるアルミニウムフレーク材料は、主としてこれらのフレークにより提供される極めて高い誘電率のために、本発明のインピーダンス整合フィルムの作用にとって重要である。エイブリアルミニウムフレークと他の製造者により生産されるアルミニウムフレーク材料との性能比較により、全アルミニウム量が同じときのエイブリ型フレーク材料の際立った利点が明白に示される。多数の従来フレーク材料と1つのエイブリフレークサンプルについて上記に数学的に記載されたx値を比較するためのテストが実行された。   The aluminum flake material produced by Avery is important for the operation of the impedance matching film of the present invention, mainly due to the extremely high dielectric constant provided by these flakes. A performance comparison between Avery aluminum flakes and aluminum flake materials produced by other manufacturers clearly shows the distinct advantages of Avery-type flake materials when the total aluminum content is the same. Tests were performed to compare the x values mathematically described above for a number of conventional flake materials and an Avery flake sample.

例2
ダウコーニング1−2577コンフォーマルコーティング7.78g(トルエン中に5.6gのシリコン樹脂固体)は、トルエン30.3g及びハーキュリーズ(Hercules)エチルセルロース1.4g(トルエン29.7gに溶解されたT−300グレード)と混合された。アルキャン5225(粒子サイズが12〜13μmであり、イソプロピルアルコール中、固体65%のアルミニウムフレークペースト)10.77gとエチルアセテート60gとの混合物は均一な分散が得られるまで攪拌された後、上記のバインダ混合物へ加えられた。得られた調合物は全固体量が10%であり、アルミニウムフレーク対バインダ比が50/50であった。ポリエステルフィルムのシート(ICIからのメリネックス813/92)は、一連のバードフィルム塗布器(Bird film applicator)を用いて調合物でコーティングされた。
Example 2
7.78 g Dow Corning 1-2577 conformal coating (5.6 g silicone resin solids in toluene) was added to 30.3 g toluene and 1.4 g Hercules ethylcellulose (T-300 dissolved in 29.7 g toluene). Grade). A mixture of Alcan 5225 (particle size 12-13 μm, 65% solid aluminum flake paste in isopropyl alcohol) and 60 g of ethyl acetate was stirred until a uniform dispersion was obtained. Added to the mixture. The resulting formulation had a total solids content of 10% and an aluminum flake to binder ratio of 50/50. A sheet of polyester film (Melinex 813/92 from ICI) was coated with the formulation using a series of Bird film applicators.

同様の調合物は、STAPA−C VIII (粒子サイズが11μmであり、イソプロピルアルコール中、固体60%のアルミニウムフレークペースト)11gをエチルアセテート12.5gと、フレークが均一に分散されるまで予め混合することによって製造された。これに、ダウコーニング1−2577コンフォーマルコーティング7.8g(トルエン中に5.6gのシリコン樹脂固体)と、トルエン30.3gと、ハーキュリーズエチルセルロース1.4g(トルエン29.7gに溶解されたT−300グレード)と、が添加された。得られた調合物は固体が10%であり、アルミニウムフレーク対全バインダ比が50/50であった。この調合物も、上記のようにポリエステルシートフィルムへ塗布された。   A similar formulation is pre-mixed with 11 g of STAPA-C VIII (particle size 11 μm, 60% solid aluminum flake paste in isopropyl alcohol) with 12.5 g of ethyl acetate until the flakes are evenly dispersed. Manufactured by. To this, 7.8 g of Dow Corning 1-2577 conformal coating (5.6 g silicone resin solid in toluene), 30.3 g toluene, 1.4 g Hercules ethylcellulose (T-dissolved in 29.7 g toluene) 300 grade) was added. The resulting formulation was 10% solids and the aluminum flake to total binder ratio was 50/50. This formulation was also applied to the polyester sheet film as described above.

同様の混合物は好ましいエイブリフレーク材料L−56903を用いて形成された。以下の例7に詳細に記載されるように、アルミニウムフレーク対全バインダ比が50/50のものが形成された。垂直入射された放射(Z0=377オーム)に対する2.45GHzのx値は、例えば式(3)及び式(4)、並びにSバンド導波管に横向きに搭載されたサンプル上でのネットワークアナライザの透過及び反射測定値を用いて計算された。これらの3つのシート材料の結果は、アルミニウムコーティング量の関数として図19に示される。 A similar mixture was formed using the preferred Avery flake material L-56903. As described in detail in Example 7 below, an aluminum flake to total binder ratio of 50/50 was formed. The x value of 2.45 GHz for normally incident radiation (Z 0 = 377 ohms) is, for example, equations (3) and (4) and a network analyzer on a sample mounted sideways in an S-band waveguide Calculated using transmission and reflection measurements. The results for these three sheet materials are shown in FIG. 19 as a function of aluminum coating amount.

図19は、これらの従来アルミニウムフレーク材料の使用が、エイブリフレークの特性を有するフレーク材料よりも、本発明の薄膜のインピーダンス整合能力を達成するためには実際的でないことを明白に示す。特に、所望のx値0.7i〜2.0i、更に好ましくは1.0i〜1.8iに到達するためには、3000平方フィート(約2.79×1022)当たり20〜40ポンド(約9.07〜18.14kg)の従来フレークが必要とされる。このように極端な量のフレーク材料は薄膜を容易に形成することができない。更に、この極端に高いレベルにおいてでさえも、このような大量のフレーク材料が実際に本発明のインピーダンス整合機能を実行できるという徴候はない。 FIG. 19 clearly shows that the use of these conventional aluminum flake materials is less practical to achieve the impedance matching capability of the thin film of the present invention than flake materials having Avery flake properties. In particular, 20-40 pounds per 3000 square feet (approximately 2.79 × 10 2 m 2 ) to reach the desired x value of 0.7i-2.0i, more preferably 1.0i-1.8i. Conventional flakes (about 9.07-18.14 kg) are required. Thus, an excessive amount of flake material cannot easily form a thin film. Furthermore, even at this extremely high level, there is no indication that such a large amount of flake material can actually perform the impedance matching function of the present invention.

また、シリコンバインダ及びアクリルバインダ中の好ましいフレーク材料と、シリコンバインダ中の従来のフレーク材料とについて、グラビア印刷の可能性を比較するために更なるテストが実行された。   In addition, further tests were performed to compare gravure printing possibilities for the preferred flake materials in silicon and acrylic binders and the conventional flake materials in silicon binders.

例3
コーティングはトルエン5000gとアルミニウムフレーク(メタルーアL−56903、エチルアセテート中固体10%)4000gとを混合することにより製造された。これに、シリコン樹脂であるダウコーニング1−2577(トルエン中固体73%)556gとトルエン444gとの混合物が添加された。得られた調合物は固体が8%であり、アルミニウムフレークとバインダ固体との比が1:1であった。調合物の粘度は、#2ザーンカップ(Zahn cup)で22秒であった。この調合物は、エッチングされた四角形セルを有する100ラインシリンダを用いて113フィート(約34.5m)/分でウェブ送りグラビアプレス上でPETフィルム(ICIからのグレード813/92)へ塗布された。
Example 3
The coating was made by mixing 5000 g of toluene and 4000 g of aluminum flakes (Metal L-56903, 10% solids in ethyl acetate). To this was added a mixture of 556 g of Dow Corning 1-2577 (73% solids in toluene), which is a silicone resin, and 444 g of toluene. The resulting formulation was 8% solids and the ratio of aluminum flakes to binder solids was 1: 1. The viscosity of the formulation was 22 seconds with a # 2 Zahn cup. This formulation was applied to a PET film (grade 813/92 from ICI) on a web-feed gravure press at 113 feet (about 34.5 m) / min using a 100 line cylinder with etched square cells. .

例4
コーティングは、アルミニウムフレーク(メタルーアL−56903、エチルアセテート中固体10%)3360gとn−プロピルアセテート1920gとを混合することにより製造された。この混合物に、n−プロピルアセテート252g中108gのジョンクリルSCX−611(S.C.ジョンソン&サンズ社からのアクリル樹脂)と、n−プロピルアセテート324g中36gのエチルセルロース(ハーキュリーズ社からのグレードN−300)と、が添加された。この混合物は、n−プロピルアセテート2000gを更に添加することにより全固体量が6%へ希釈された。得られた混合物の粘度は#2ザーンカップで24秒であった。得られた混合物は、例3において上記に記載されたように、125フィート(約38.1m)/分のライン速度でグラビアプレスを用いてPETフィルムへ塗布された。
Example 4
The coating was made by mixing 3360 g aluminum flakes (Metal L-56903, 10% solids in ethyl acetate) and 1920 g n-propyl acetate. To this mixture was added 108 g of Johnkrill SCX-611 (acrylic resin from SC Johnson & Sons) in 252 g of n-propyl acetate and 36 g of ethylcellulose in 324 g of n-propyl acetate (grade N- from Hercules). 300) was added. This mixture was diluted to 6% total solids by adding an additional 2000 g of n-propyl acetate. The viscosity of the resulting mixture was 24 seconds with a # 2 Zahn cup. The resulting mixture was applied to a PET film using a gravure press as described above in Example 3 at a line speed of 125 feet (about 38.1 m) / min.

例5
また、従来のアルミニウムフレーク材料を用いるコーティングは、始めにSTAPA−C VIII (イソプロピルアルコール中65%の固体ペースト)3200gをエチルアセテート2300g及びイソプロピルアセテート1000gと均一な分散が得られるまで混合することにより製造された。この分散に、ダウコーニング1−2577(トルエン中固体72%)1250gとトルエン2250gの混合物が添加された。合わされた調合物は固体が30%であり、#2ザーンカップで17秒の粘度を有した。得られた混合物は、例3において上記に記載されたように、75〜85フィート(約22.9〜25.9m)/分のライン速度でグラビアプレスを用いてPETフィルムへ塗布された。例3〜例5の調合物について、得られたコーティング重量及び2.45GHzでの垂直放射におけるx値は以下の表4に与えられる。
Example 5
In addition, a coating using a conventional aluminum flake material is prepared by first mixing 3200 g of STAPA-C VIII (65% solid paste in isopropyl alcohol) with 2300 g of ethyl acetate and 1000 g of isopropyl acetate until a uniform dispersion is obtained. It was done. To this dispersion was added a mixture of 1250 g Dow Corning 1-2577 (72% solids in toluene) and 2250 g toluene. The combined formulation was 30% solids and had a viscosity of 17 seconds in a # 2 Zahn cup. The resulting mixture was applied to a PET film using a gravure press at a line speed of 75 to 85 feet (about 22.9 to 25.9 m) / min as described above in Example 3. For the formulations of Examples 3-5, the resulting coating weights and x values for vertical radiation at 2.45 GHz are given in Table 4 below.

また、エイブリにより生産されるフレークの特性を有する好ましいアルミニウムフレーク材料のフレークサイズがx値に及ぼす影響も、所望のインピーダンス整合特性を達成する上で重要である。オブロン社からのSTAPA−C VIII フレークを用いる調合物と同様に、多数のコーティング調合物がエイブリ社から得られる上記フレークのそれぞれを用いて製造された。   The effect of the flake size of the preferred aluminum flake material having the characteristics of flakes produced by Avery on the x value is also important in achieving the desired impedance matching characteristics. Similar to formulations using STAPA-C VIII flakes from Oblon, a number of coating formulations were produced using each of the flakes obtained from Avery.

例6
コーティング調合物は、エチルアセテート中の固体10%のアルミニウムフレークスラリ(メタルーアL−55350)56gとn−プロピルアセテート32gとを混合することにより製造された。これに、n−プロピルアセテート4.2g中1.8gのジョンクリルSCX−611(S.C.ジョンソン&サンズ社からのアクリル樹脂)と、n−プロピルアセテート5.4g中0.6gのエチルセルロース(ハーキュリーズ社からのグレードN−300)と、が添加された。70/30のアルミニウムフレーク対バインダ比を有するこの固体8%の調合物はバードバー塗布器(Bird bar applicator )を用いてPETフィルムへ塗布され、以下の表5に示されるコーティング重量が得られた。
Example 6
The coating formulation was prepared by mixing 56 g of solid 10% aluminum flake slurry (Metal L-55350) in ethyl acetate and 32 g of n-propyl acetate. To this, 1.8 g Joncrill SCX-611 (acrylic resin from SC Johnson & Sons) in 4.2 g n-propyl acetate and 0.6 g ethylcellulose in 5.4 g n-propyl acetate ( Grade N-300) from Hercules. This 8% solids formulation with an aluminum flake to binder ratio of 70/30 was applied to PET film using a Bird bar applicator, resulting in the coating weights shown in Table 5 below.

一般的な手順は、L−57083、L−56903、L−57103、L−57102及びSTAPA−C VIII のフレーク材料について繰り返された。この比較の結果は以下の表5に与えられ、図20にグラフで示される。この比較の結果は、その全てが従来フレークよりも優れている好ましいエイブリフレークのフレークサイズの範囲内では、17μmのフレークサイズがインピーダンス整合のために一貫して最良の容量性x値を提供することを示す。また、表5の結果は、本発明で達成可能な極めて効果的な誘電率が、先行技術の材料ではたった1000であるのと比べて、18000を越えることを示す。   The general procedure was repeated for L-57083, L-56903, L-57103, L-57102, and STAPA-C VIII flake materials. The results of this comparison are given in Table 5 below and are shown graphically in FIG. The results of this comparison show that within the preferred Avery flake flake size range, all of which are superior to conventional flakes, the 17 μm flake size consistently provides the best capacitive x value for impedance matching. It shows that. The results in Table 5 also show that the very effective dielectric constant achievable with the present invention exceeds 18000 compared to only 1000 for the prior art material.

好ましいフレークを用いて、所望のx値を達成するために適切なフレーク対バインダ比を使用することも重要である。以下のテストは、バインダ中のアルミニウムフレーク材料の比率がx値に与える影響を示すために実施された。容量性フィルム内のバインダ量が増大するに従ってフレーク間の間隔も同様に増大されると考えられる。一般的に、本発明の有利な効果を達成するために、フレークはフィルムの約30〜80重量パーセントを構成することができる。好ましくは、フレークは約30〜70重量パーセント存在する。   It is also important to use a suitable flake to binder ratio to achieve the desired x value with the preferred flakes. The following tests were performed to show the effect of the proportion of aluminum flake material in the binder on the x value. It is believed that as the amount of binder in the capacitive film increases, the spacing between flakes increases as well. Generally, the flakes can constitute about 30-80 weight percent of the film to achieve the advantageous effects of the present invention. Preferably, the flakes are present from about 30 to 70 weight percent.

例7
第1バインダとしてシリコン樹脂、増粘剤及び第2バインダとしてエチルセルロースを使用するアルミニウムフレークコーティングのマスタバッチが調製された。マスタバッチには、ダウコーニング1−2577コンフォーマルコーティング4.44g(トルエン中3.2gのシリコン樹脂固体)と、ハーキュリーズのエチルセルロース2.8g(トルエン59.2gに予め溶解されたT−300グレード)と、が含まれた。この混合物へ、アルミニウムフレーク固体(固体10%のエチルアセテート中のL−56903)14gが添加された。従って、アルミニウムフレーク対バインダ比は70/30であった。
Example 7
A masterbatch of aluminum flake coating was prepared using silicon resin as the first binder, thickener and ethyl cellulose as the second binder. Masterbatch includes 4.44 g Dow Corning 1-2577 conformal coating (3.2 g silicone resin solid in toluene) and 2.8 g Hercules ethylcellulose (T-300 grade pre-dissolved in 59.2 g toluene). And was included. To this mixture, 14 g of aluminum flake solid (L-56903 in 10% solids ethyl acetate) was added. Therefore, the aluminum flake to binder ratio was 70/30.

(1)70/30アルミニウムフレーク対バインダコーティング:
上記マスタバッチ51.5g(5gの結合固体を含む)は、トルエンで100gへ希釈された。この固体5%の調合物のウェットフィルムは、バードフィルム塗布器を用いてポリエステルフィルムシート(MELINEX813/92)へ塗布された。0.0005、0.001及び0.002インチ(約0.0127、0.0254及び0.0508mm)のウェットフィルムを塗布するように設計された塗布器を用いることにより、それぞれ3000平方フィート(約2.79×1022)当たり0.4、0.8及び1.5ポンド(約1.81×10-1、3.63×10-1及び6.80×10-1kg)のアルミニウムフレーク固体を含むドライコーティングを得ることができた。
(1) 70/30 aluminum flake to binder coating:
51.5 g of the masterbatch (containing 5 g of bound solids) was diluted to 100 g with toluene. The wet film of this 5% solid formulation was applied to a polyester film sheet (MELINEX 813/92) using a bird film applicator. By using an applicator designed to apply 0.0005, 0.001 and 0.002 inch (about 0.0127, 0.0254 and 0.0508 mm) wet films, respectively, 3000 square feet (about 0.4, 0.8 and 1.5 pounds (about 1.81 × 10 −1 , 3.63 × 10 −1 and 6.80 × 10 −1 kg) per 2.79 × 10 2 m 2 ) A dry coating containing aluminum flake solids could be obtained.

(2)50/50アルミニウムフレーク対バインダコーティング:
上記マスタバッチ36.8g(アルミニウムフレーク2.5g、シリコン樹脂0.57g、及びエチルセルロース固体0.50gを含む)へ、ダウコーニング1−2577シリコン樹脂溶液1.7g(固体1.23g)と、ハーキュリーズエチルセルロース0.2g(トルエン4.3gに溶解されたT−300グレード)と、トルエン52gと、が添加され、50%のアルミニウムフレーク及び50%の全バインダを含む全固体5%の調合物が提供された。この調合物は上記の技法を用いてフィルムへ塗布され、3000平方フィート(約2.79×1022)当たり0.7、1.2及び2.0ポンド(約3.18×10-1、5.44×10-1及び9.07×10-1kg)のアルミニウムフレーク固体を含むドライコーティングが得られた。
(2) 50/50 aluminum flake vs. binder coating:
To the above master batch 36.8 g (including aluminum flakes 2.5 g, silicon resin 0.57 g, and ethyl cellulose solid 0.50 g), Dow Corning 1-2577 silicon resin solution 1.7 g (solid 1.23 g), Hercules 0.2 g ethyl cellulose (T-300 grade dissolved in 4.3 g toluene) and 52 g toluene are added to provide a 5% total solids formulation containing 50% aluminum flakes and 50% total binder. It was done. This formulation is applied to the film using the above techniques, 3,000 square feet (about 2.79 × 10 2 m 2) per 0.7,1.2 and 2.0 pounds (about 3.18 × 10 - 1 , 5.44 × 10 −1 and 9.07 × 10 −1 kg) of aluminum flake solids were obtained.

(3)30/70アルミニウムフレーク対バインダコーティング:
上記マスタバッチ22.1g(アルミニウムフレーク1.5g、シリコン樹脂0.34g、及びエチルセルロース固体0.30gを含む)へ、ダウコーニング1−2577シリコン樹脂溶液3.4g(固体2.46g)と、ハーキュリーズエチルセルロース0.4g(トルエン8.5gに溶解されたT−300グレード)と、トルエン65.6gと、が添加され、30%のアルミニウムフレーク及び70%の全バインダを含む全固体5%の調合物が製造された。この調合物は上記の技法を用いてフィルムへ塗布され、3000平方フィート(約2.79×1022)当たり0.6、1.0及び1.3ポンド(約2.72×10-1、4.54×10-1及び5.90×10-1kg)のアルミニウムフレーク固体を含むドライコーティングが得られた。
(3) 30/70 aluminum flake to binder coating:
To the masterbatch 22.1 g (containing 1.5 g of aluminum flakes, 0.34 g of silicon resin, and 0.30 g of ethyl cellulose solid), 3.4 g of Dow Corning 1-2577 silicon resin solution (solid 2.46 g), Hercules Formulation of 5% total solids containing 0.4 g ethylcellulose (T-300 grade dissolved in 8.5 g toluene) and 65.6 g toluene, including 30% aluminum flakes and 70% total binder. Was manufactured. This formulation is applied to the film using the above techniques, 3,000 square feet (about 2.79 × 10 2 m 2) per 0.6,1.0 and 1.3 pounds (about 2.72 × 10 - 1 , 4.54 × 10 −1 and 5.90 × 10 −1 kg) of aluminum flake solids were obtained.

それぞれのコーティングのx値は、上記のようなSバンド導波管及びヒューレットパッカードのネットワークアナライザ(モデル8753A)を用いて行われた測定値から計算された。結果は以下の表6に示され、図21にグラフで示される。これらの結果から容易に明らかなように、フレーク比が増大するにつれて、アルミニウム1ポンド(約4.54×10-1kg)当たりのx値は改善される。 The x value of each coating was calculated from measurements made using an S-band waveguide and a Hewlett Packard network analyzer (model 8753A) as described above. The results are shown in Table 6 below and shown graphically in FIG. As is readily apparent from these results, the x value per pound of aluminum (about 4.54 × 10 −1 kg) improves as the flake ratio increases.

本発明のインピーダンス整合部材22により提供される加熱の向上を証明するために実際の食品サンプルを用いて更に多数のテストが行われた。以下の例においては、図1のカートン10と同様の食品カートンが使用された。   Many more tests were performed with actual food samples to demonstrate the improved heating provided by the impedance matching member 22 of the present invention. In the following example, a food carton similar to the carton 10 of FIG. 1 was used.

例8
楕円形のインピーダンス整合部材22は、タイソン(Tyson )18オンス(oz)(約504g)チキンポットパイより5/8インチ(約15.88mm)上方に配置された。幅8と7/8インチ(約203mm)、深さ6と1/8インチ(約156mm)、及び高さ1と1/2インチ(約38.1mm)のコントロールカートンが使用された。コントロールカートンにはインピーダンス整合部材は含まれない。図1に示されるカートンと同様の変形カートン10は、高さが1と7/8インチ(約47.6mm)であった。楕円形インピーダンス整合部材22は、長さ3と1/2インチ(約88.9mm)に幅2と7/8インチ(約73.0mm)であり、x=1.01iであった。各ランは、ポットパイを5分間加熱し、ポットパイを90°回転させた後、ポットパイを更に5分間加熱することを含む。
Example 8
An elliptical impedance matching member 22 was placed 5/8 inch (about 15.88 mm) above the Tyson 18 oz (about 504 g) chicken pot pie. Control cartons with widths of 8 and 7/8 inches (about 203 mm), depths of 6 and 1/8 inches (about 156 mm), and heights of 1 and 1/2 inches (about 38.1 mm) were used. The control carton does not include an impedance matching member. A modified carton 10 similar to the carton shown in FIG. 1 was 1 and 7/8 inches in height (about 47.6 mm). The elliptical impedance matching member 22 had a length of 3 and 1/2 inch (about 88.9 mm), a width of 2 and 7/8 inch (about 73.0 mm), and x = 1.01i. Each run involves heating the pot pie for 5 minutes, rotating the pot pie 90 °, and then heating the pot pie for an additional 5 minutes.

4回の調理ランが実行され、ポットパイは、ボックス無し(#1)、コントロールボックス中(#2)、インピーダンス整合部材22で内部表面全体が被覆されたボックス中(#3)、及び図1に示されるように頂部パネル上に配置された楕円形部材22を含むボックス中(#4)で調理された。温度プローブは、図10に示される位置でポットパイ内に配置された。これらのランの結果は以下の表7に示される。   Four cooking runs are carried out, and the pot pie has no box (# 1), inside the control box (# 2), inside the box covered with the impedance matching member 22 on the entire inner surface (# 3), and in FIG. Cooked in a box (# 4) containing an oval member 22 positioned on the top panel as shown. The temperature probe was placed in the pot pie at the position shown in FIG. The results of these runs are shown in Table 7 below.

例9
インピーダンス整合部材を有しないコントロールカートン(#5)と、矩形のインピーダンス整合部材3と1/2インチ(約88.9mm)×3インチ(約76.2mm)(#6)と、上記の楕円形インピーダンス整合部材22(ここではx=0.8i)と、を比較するために、別の一連のテストが実行された。ポットパイは各カートン中で例8で上記したように調理され、これらのランの結果は以下の表8に示される。
Example 9
Control carton (# 5) having no impedance matching member, rectangular impedance matching member 3, 1/2 inch (about 88.9 mm) × 3 inch (about 76.2 mm) (# 6), and the elliptical shape described above Another series of tests was performed to compare the impedance matching member 22 (here x = 0.8i). The pot pie is cooked as described above in Example 8 in each carton and the results of these runs are shown in Table 8 below.

例10
また、テスト(#8)は、上記の例8及び例9で使用されたインピーダンス整合部材22に関して上記に提供されたのと同一の楕円形状の従来のアルミニウム箔片を用いて実行された。アルミニウム箔楕円は、タイソン18ozポットパイ上方3/8インチ(約9.53mm)の位置に持ち上げられた。
Example 10
Test (# 8) was also performed using the same elliptical conventional aluminum foil pieces provided above for the impedance matching member 22 used in Examples 8 and 9 above. The aluminum foil ellipse was lifted to 3/8 inch (about 9.53 mm) above the Tyson 18 oz pot pie.

例11
テスト(#9)は、上記インピーダンス整合部材の2倍の厚さ(x=1.3i+0.8i)及び上記と同一の楕円形状を有するインピーダンス整合部材22を用いて行われた。
Example 11
The test (# 9) was performed using an impedance matching member 22 having a thickness (x = 1.3i + 0.8i) twice that of the impedance matching member and the same elliptical shape as described above.

例12
テスト(#10)は、4インチ×4と1/2インチ(約114mm)の寸法を有する拡大楕円形インピーダンス整合部材22(ここではx=1.3である)を用いて行われた。他の条件は上記と同一であった。
Example 12
Test (# 10) was performed using an enlarged elliptical impedance matching member 22 (here x = 1.3) having dimensions of 4 inches × 4 and ½ inch (about 114 mm). Other conditions were the same as above.

例13
また、3インチ(約19.1mm)×3と1/2インチ(約88.9mm)の楕円寸法を有するインピーダンス整合部材22の距離は、中心パイ加熱を決定するために調整された(#11)。特に、部材は、パイの表面上方1/2インチ(約12.7mm)のカートンの頂部表面内側に配置された。例10〜例13の結果は以下の表9に与えられる。
Example 13
Also, the distance of the impedance matching member 22 having an elliptical dimension of 3 inches (about 19.1 mm) × 3 and 1/2 inch (about 88.9 mm) was adjusted to determine the central pie heating (# 11 ). In particular, the member was placed inside the top surface of the carton 1/2 inch above the surface of the pie. The results of Examples 10-13 are given in Table 9 below.

例14
また、カートン10及び部材22の寸法は、ポットパイ中心の加熱の度合いを最適化するために調整された(#12)。例えば、長さ9インチ(約229mm)、幅6インチ(約152mm)及び高さ2と1/4インチ(約57.2mm)を有する端部開放カートン又はスリーブは、タイソン18ozチキンポットパイを加熱するために使用された。ポットパイは、3層の段ボール紙上に置かれ、パイとインピーダンス整合部材との距離は5/8インチ(約15.88mm)であった。4と1/2インチ(約114mm)×4インチ(約102mm)でx=1.1iのより大きい楕円インピーダンス整合部材が使用された。
Example 14
The dimensions of the carton 10 and the member 22 were adjusted to optimize the degree of heating at the center of the pot pie (# 12). For example, an open end carton or sleeve having a length of 9 inches (about 229 mm), a width of 6 inches (about 152 mm) and a height of 2 and 1/4 inches (about 57.2 mm) heats a Tyson 18oz chicken pot pie. Used for. The pot pie was placed on three layers of corrugated paper and the distance between the pie and the impedance matching member was 5/8 inch (about 15.88 mm). A larger elliptical impedance matching member of 4 and 1/2 inch (about 114 mm) × 4 inch (about 102 mm) with x = 1.1i was used.

例15
例8と同様のテスト(#13)は、同一の調理スリーブを使用して行われた。しかしながら、楕円インピーダンス整合部材の寸法は2インチ(約50.8mm)×1と3/4インチ(約44.5mm)へ縮小され、x=1.1iであった。
Example 15
A test (# 13) similar to Example 8 was performed using the same cooking sleeve. However, the dimensions of the elliptical impedance matching member were reduced to 2 inches (about 50.8 mm) × 1 and 3/4 inches (about 44.5 mm), where x = 1.1i.

例16
例8及び例9と同様の2つの更なるテスト(#14及び#15)は、同一の調理スリーブを使用して行われた。しかしながら、楕円インピーダンス整合部材の寸法は2と1/2インチ(約63.5mm)×2インチ(約50.8mm)で、x=1.1iであった。
Example 16
Two further tests (# 14 and # 15) similar to Examples 8 and 9 were performed using the same cooking sleeve. However, the dimensions of the elliptical impedance matching member were 2 and 1/2 inches (about 63.5 mm) × 2 inches (about 50.8 mm) with x = 1.1i.

例17
最後に、例14〜例16で使用されたのと同様のポットパイでコントロールテスト(#16)が実行された。しかしながら、ポットパイはカートン無しで調理された。例14〜例17の結果は、以下の表10に与えられる。
Example 17
Finally, a control test (# 16) was performed with the same pot pie used in Examples 14-16. However, the pot pie was cooked without a carton. The results of Examples 14-17 are given in Table 10 below.

また、カートンは 楕円設計により提供される有利な加熱と同様にポットパイの温度を上昇させる矩形又は正方形のインピーダンス整合部材の最適サイズを決定するためにテストされた。一連のテストは、カートン深さ1と5/8インチ(約41.3mm)を有する上記例14〜17で使用されたカートンと同様のカートンを使用し、楕円インピーダンス整合部材の代わりに矩形部材2と1/2インチ(約63.5mm)×2インチ(約50.8mm)を用いて、タイソン18ozチキンポットパイで実行された。表11は矩形部材について実行された3つの異なるテストの結果を与える(#17、#18、#19、#20)。また、コントロールテストはカートン無しで実行された(#21)。   The carton has also been tested to determine the optimum size of a rectangular or square impedance matching member that raises the temperature of the pot pie as well as the advantageous heating provided by the elliptical design. The series of tests uses a carton similar to that used in Examples 14-17 above with a carton depth of 1 and 5/8 inch (approximately 41.3 mm), and a rectangular member 2 instead of an elliptical impedance matching member. And 1/2 inch (about 63.5 mm) × 2 inches (about 50.8 mm). Table 11 gives the results of three different tests performed on the rectangular member (# 17, # 18, # 19, # 20). The control test was performed without a carton (# 21).

上記のそれぞれの結果に見られるように、本発明のインピーダンス整合部材を用いて、ポットパイの中心温度の実質的な増大が達成された。   As can be seen in each of the above results, a substantial increase in the center temperature of the pot pie was achieved using the impedance matching member of the present invention.

また、本発明のインピーダンス整合部材は、2つの異なる食品の相対的な調理速度及び温度を変更するためにも有用である。このような結果は、それぞれが異なる加熱特性を要求する種々の異なる食品を含む完成したマイクロ波ディナーにおいて非常に効果的であろう。例えば、完成したディナーの肉の部分は野菜の部分よりも高い加熱温度を必要とするであろう。しかしながら、消費者に更なる便利さを提供するために、これらの食品は一般に同一のパッケージングトレイで提供される。本発明のインピーダンス整合部材をトレイの一部分に使用し、他の部分には使用しないことにより、温度に顕著な差異をもたらすことができる。   The impedance matching member of the present invention is also useful for changing the relative cooking speed and temperature of two different food products. Such a result would be very effective in a finished microwave dinner containing a variety of different foods, each requiring different heating characteristics. For example, the meat portion of the finished dinner will require a higher heating temperature than the vegetable portion. However, in order to provide additional convenience to consumers, these food products are generally provided in the same packaging tray. By using the impedance matching member of the present invention in one part of the tray and not in the other part, a significant difference in temperature can be brought about.

例18
水の入ったビーカ2個は同時に600ワットの電子レンジ内に配置された。1つのビーカは電子レンジの左側に、もう1つのビーカは右側に置かれた。室温から沸騰までの平均出力吸収は各ビーカ毎に計算された。可能性のある全ての組み合わせ、即ちインピーダンス整合部材を使用しない場合、左側をインピーダンス整合させ右側は整合させない場合、左側は整合させずに右側をインピーダンス整合させる場合、及び両側をインピーダンス整合させる場合について、データがとられた。実験は100mLの水負荷及び400mLの水負荷の両方について行われた。結果は以下の表12に示される。
Example 18
Two beakers with water were placed in a 600 watt microwave oven at the same time. One beaker was placed on the left side of the microwave and the other was placed on the right side. The average power absorption from room temperature to boiling was calculated for each beaker. For all possible combinations, i.e. when not using impedance matching members, the left side is impedance matched and the right side is not matched, the left side is not matched, the right side is impedance matched, and both sides are impedance matched, Data was taken. The experiment was performed for both a 100 mL water load and a 400 mL water load. The results are shown in Table 12 below.

レンジ内容物のインピーダンス整合された部分は整合されていない部分よりも速く加熱された。しかしながら、内容物全体をインピーダンス整合させると、レンジ出力全体は増大されない。部分的なインピーダンス整合は一般的にレンジ内での加熱を再分配する。   The impedance matched portion of the range contents was heated faster than the unmatched portion. However, if the entire contents are impedance matched, the entire range output is not increased. Partial impedance matching generally redistributes heating within the range.

食品の領域を加熱するためハード内への放射をインピーダンス整合させるために使用される均一なインピーダンス整合部材に加えて、本発明のインピーダンス整合部材は、凸ガラスレンズと同様に電子レンジ内で機能するように不均一に形成されることもできる。図23は、凸光学レンズと同様に形作られたパッケージ10内の変形インピーダンス整合部材22′の例を示す。このような形状はパッケージ10の所望の領域にマイクロ波放射を更に方向付けるために有用である。   In addition to the uniform impedance matching member used to impedance match the radiation into the hard to heat the area of food, the impedance matching member of the present invention functions in a microwave oven as well as a convex glass lens. Thus, it can be formed non-uniformly. FIG. 23 shows an example of a modified impedance matching member 22 'in the package 10 that is shaped like a convex optical lens. Such a shape is useful for further directing microwave radiation to a desired area of the package 10.

上記のように、透過係数は複素数である。従って、式(10)で表されるフィルムによる位相シフトがあるであろう。   As described above, the transmission coefficient is a complex number. Therefore, there will be a phase shift due to the film represented by equation (10).

Φ=− tan-1x (10) Φ = -tan -1 x (10)

本発明のインピーダンス整合部材が縁部よりも中心が厚くなるように印刷されると、部材の周辺部に近づくにつれて位相シフトが低減される。その結果、マイクロ波の放射は、凸光学レンズを通る光と同様に焦点が合わされる。   When the impedance matching member of the present invention is printed so that the center is thicker than the edge, the phase shift is reduced as it approaches the periphery of the member. As a result, the microwave radiation is focused in the same way as the light passing through the convex optical lens.

特に、光学レンズの場合と同様に、縁部で行程深さがより大きいことによる余分なシフトと等しい中心での位相シフトのために焦点条件が発生する。すなわち、式(11)で示される。   In particular, as in the case of optical lenses, focus conditions arise due to a phase shift at the center equal to the extra shift due to the greater stroke depth at the edge. That is, it is shown by Formula (11).

tan-1x=2π[(h2+L2)1/2 −1] /λ (11) tan −1 x = 2π [(h 2 + L 2 ) 1/2 −1] / λ (11)

ここで、hはレンズの半分の高さ、Lは焦点距離、λは放射の波長である。本発明に従って形成される最良のレンズ形状、y(レンズ中心からの距離)の関数としてのレンズのx値、を実現するために、以下の式が適用される。   Here, h is half the height of the lens, L is the focal length, and λ is the wavelength of radiation. In order to realize the best lens shape formed according to the present invention, the x value of the lens as a function of y (distance from the lens center), the following equation is applied:

インピーダンス整合の上記の利点に加えて、フィルムのx値が十分に高い場合には、フィルムは遮蔽体として作用することもできる。特に、例えばx値が10iよりも高い場合には、フィルムは遮蔽体として機能し、フィルム下方に配置された食品に到達するマイクロ波エネルギ量を減少させることができる。垂直に入る放射では、表面に容量性フィルム遮蔽体を有する誘電性食品に入る電界振幅と、このような遮蔽体のない食品に入る電界との比率は以下の式(13)で表現される。   In addition to the above advantages of impedance matching, the film can also act as a shield if the x value of the film is sufficiently high. In particular, when the x value is higher than 10i, for example, the film functions as a shield, and the amount of microwave energy that reaches food disposed below the film can be reduced. For vertically entering radiation, the ratio of the electric field amplitude entering a dielectric food having a capacitive film shield on the surface to the electric field entering a food without such a shield is expressed by the following equation (13).

ここで、εは有効誘電率である。この関係により証明されるように、容量性フィルムのレベルは誘電率に依存する。誘電率が50の典型的な食品では、容量性x値は少なくとも10iである。表5は遮蔽を提供することのできるフレーク材料及びコーティング量の例を与える。特に、平均長さ25μmを有するL−57103フレーク及び3000平方フィート(約2.79×1022)当たり1.0〜1.7ポンド(約4.54×10-1〜7.72×10-1kg)のコーティング量である。 Here, ε is an effective dielectric constant. As evidenced by this relationship, the level of capacitive film depends on the dielectric constant. For a typical food product with a dielectric constant of 50, the capacitive x value is at least 10i. Table 5 gives examples of flake materials and coating amounts that can provide shielding. In particular, L-57103 flakes with an average length of 25 μm and 1.0 to 1.7 pounds (about 4.54 × 10 −1 to 7.72 ×) per 3000 square feet (about 2.79 × 10 2 m 2 ). The coating amount is 10 −1 kg).

例19
電子レンジ内で食品を遮蔽するための高x値容量性フィルムの有用性を実証するためにテストが実行された。特に、水120gを含む2つの紙のカップは、700ワットのリットン(Litton)電子レンジ内にそれぞれ置かれた。まず始めに、カップにフレーク材料が取り入れられていないそれぞれの水のカップは、700ワットのLITTONTM電子レンジで一方が約200°Fに達するまで加熱された。各カップ内の温度は、水中の再現可能な位置に固定して吊り下げられた2つのラクストロン(Luxtron )プローブでモニタされた。ワット数で示される平均熱損失は、平均温度上昇及び加熱時間からそれぞれの水のカップについて計算された。次に、アルミニウム箔パッチは、カップBで示される一方のカップの底部及び側面に接着された。再度、平均出力損失が計算された。この手順は、アルミニウム箔パッチの代わりにそれぞれ1.5i及び20iのx値を有する容量性フィルムを用いて更に2回実行された。この結果は、以下の表13に示される。
Example 19
Tests were performed to demonstrate the usefulness of high x value capacitive films for shielding food in microwave ovens. In particular, two paper cups containing 120 g of water were each placed in a 700 watt Litton microwave oven. Initially, each cup of water that did not incorporate flake material in the cup was heated in a 700 watt LITTON microwave until one reached about 200 ° F. The temperature in each cup was monitored with two Luxtron probes suspended in a reproducible position in water. The average heat loss expressed in watts was calculated for each cup of water from the average temperature rise and heating time. The aluminum foil patch was then glued to the bottom and sides of one cup shown as cup B. Again, the average power loss was calculated. This procedure was performed two more times using capacitive films with x values of 1.5i and 20i, respectively, instead of aluminum foil patches. The results are shown in Table 13 below.

これらの結果から分かるように、1.5iフィルムは、容器表面に配置された場合に出力損失に対して少ししか影響を与えない。しかしながら、アルミニウム箔は、テスト2のカップBの出力損失の減少により示されるように著しい遮蔽を提供する。テスト4により示されるように、20iフィルムも遮蔽を提供し、本発明に従って製造された容量性フィルムを用いることにより、フィルムのx値を調整することで遮蔽の量を制御できることも実証される。   As can be seen from these results, the 1.5i film has little effect on power loss when placed on the container surface. However, the aluminum foil provides significant shielding, as shown by the reduced power loss of test 2 cup B. As shown by Test 4, the 20i film also provides shielding, and by using a capacitive film made according to the present invention, it is also demonstrated that the amount of shielding can be controlled by adjusting the x value of the film.

以上の説明は本発明の原理の単なる例証と考えられる。更に、当業者には種々の変更及び変化が容易に行えるので、本発明は図示及び記載された正確な構成に制限されるものではない。従って、全ての適切な変更及び同等物は本発明の範囲内にある。   The above description is considered as illustrative only of the principles of the invention. Further, since various modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, the present invention is not limited to the exact configuration shown and described. Accordingly, all suitable modifications and equivalents are within the scope of the invention.

本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子を含む食品パッケージである。It is the food package containing the microwave impedance matching element of this invention. 図1のパッケージの線2−2についての分解断面図である。FIG. 2 is an exploded cross-sectional view taken along line 2-2 of the package of FIG. 図1のパッケージの第2実施例の分解断面図である。FIG. 4 is an exploded cross-sectional view of a second embodiment of the package of FIG. 1. 図1のパッケージの第3実施例の分解断面図である。FIG. 6 is an exploded cross-sectional view of a third embodiment of the package of FIG. 1. 図1のパッケージの第4実施例の分解断面図である。FIG. 6 is an exploded cross-sectional view of a fourth embodiment of the package of FIG. 図1のパッケージの第5実施例の分解断面図である。FIG. 7 is an exploded cross-sectional view of a fifth embodiment of the package of FIG. 1. 図1のパッケージの第6実施例の分解断面図である。FIG. 10 is an exploded cross-sectional view of a sixth embodiment of the package of FIG. 1. 図1のパッケージの第7実施例の分解断面図である。FIG. 10 is an exploded cross-sectional view of a seventh embodiment of the package of FIG. 1. 図1のパッケージの第8実施例の分解断面図である。FIG. 10 is an exploded cross-sectional view of an eighth embodiment of the package of FIG. 1. 本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子を含む食品パッケージの別の実施例の断面図である。It is sectional drawing of another Example of the food package containing the microwave impedance matching element of this invention. 本発明のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。2 is an enhanced microscopic image of the aluminum flakes of the present invention. 本発明のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。2 is an enhanced microscopic image of the aluminum flakes of the present invention. 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。1 is an enhanced microscopic image of a prior art aluminum flake. 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。1 is an enhanced microscopic image of a prior art aluminum flake. 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。1 is an enhanced microscopic image of a prior art aluminum flake. 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。1 is an enhanced microscopic image of a prior art aluminum flake. 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。1 is an enhanced microscopic image of a prior art aluminum flake. 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。1 is an enhanced microscopic image of a prior art aluminum flake. 本発明のアルミニウムフレークを含む容量性フィルムと、より効果の低い他のアルミニウムフレークを含むフィルムとのグラフによる比較である。It is a graphical comparison between a capacitive film containing the aluminum flakes of the present invention and a film containing other less effective aluminum flakes. 本発明のアルミニウムフレークを含む容量性フィルムと、より効果の低い他のアルミニウムフレークを含むフィルムとのグラフによる比較である。It is a graphical comparison between a capacitive film containing the aluminum flakes of the present invention and a film containing other less effective aluminum flakes. 異なるバインダ対フレーク比で本発明のアルミニウムフレークを含む容量性フィルムのグラフによる比較である。3 is a graphical comparison of capacitive films containing aluminum flakes of the present invention at different binder to flake ratios. 上記の例で使用されたサンプル食品内での温度プローブ位置を示す。Figure 5 shows the temperature probe position within the sample food used in the example above. 本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子の第2実施例の分解断面側面図である。It is a decomposition | disassembly cross-sectional side view of 2nd Example of the microwave impedance matching element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10:食品パッケージ
12:食品
14:食品受容空間
16:頂部パネル
18:側面パネル
20:底部パネル
22:インピーダンス整合部材
24:基板
26:接着層
10: food package 12: food 14: food receiving space 16: top panel 18: side panel 20: bottom panel 22: impedance matching member 24: substrate 26: adhesive layer

Claims (6)

最も近くに配置されるマイクロ波エネルギから食品を遮蔽するための複合材料であって、
(a)実質的にマイクロ波エネルギ透過性の基板と、
(b)最も近くに配置される食品へ到達するマイクロ波エネルギの量を低減させるために基板の少なくとも一部に設けられた遮蔽手段であって、前記複合材料が最も近くに配置された場合に食品へ到達するマイクロ波エネルギを低減させるのに十分な量だけ誘電性バインダに埋め込まれた概して平面状のフレークの連続フィルムを含む遮蔽手段と、
を備えたマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料。
A composite material for shielding food from the microwave energy placed closest,
(A) a substantially microwave energy permeable substrate;
(B) Shielding means provided on at least a portion of the substrate to reduce the amount of microwave energy reaching the food disposed closest, where the composite material is disposed closest Shielding means comprising a continuous film of generally planar flakes embedded in a dielectric binder in an amount sufficient to reduce microwave energy reaching the food;
A composite material for shielding microwave energy.
前記複合材料の容量性x値は10iよりも大きい請求項1に記載のマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料。 The composite material for shielding microwave energy according to claim 1, wherein the capacitive x value of the composite material is larger than 10i. 前記フレークは約8〜75マイクロメートルの範囲内の最長平均寸法を有するアルミニウムを含む請求項2に記載のマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料。 The composite for microwave energy shielding according to claim 2, wherein the flakes comprise aluminum having a longest average dimension in the range of about 8 to 75 micrometers. 前記フレークは3000平方フィート(約2.79×1022)当たり約1.0〜1.7ポンド(約4.54×10-1〜7.72×10-1kg)の範囲内で前記バインダ中に存在する請求項3に記載のマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料。 The flakes are within the range of about 1.0 to 1.7 pounds (about 4.54 × 10 −1 to 7.72 × 10 −1 kg) per 3000 square feet (about 2.79 × 10 2 m 2 ). The composite material for shielding microwave energy according to claim 3, wherein the composite material is present in the binder. 前記遮蔽手段の有効誘電率は少なくとも約100000である請求項4に記載のマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料。 The composite material for microwave energy shielding according to claim 4, wherein the shielding means has an effective dielectric constant of at least about 100,000. 前記フレークは少なくとも約1000のアスペクト比を有する請求項5に記載のマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料。 6. The composite for microwave energy shielding according to claim 5, wherein the flakes have an aspect ratio of at least about 1000.
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